Nashorn——在JDK 8中融合Java與JavaScript之力

 

 

從JDK 6開始，Java就已經捆綁了JavaScript引擎，該引擎基於Mozilla的Rhino。該特性允許開發人員將JavaScript代碼嵌入到Java中，甚至從嵌入的JavaScript中調用Java。此外，它還提供了使用jrunscript從命令行運行JavaScript的能力。如果不需要非常好的性能，並且可以接受ECMAScript 3有限的功能集的話，那它相當不錯了。

從JDK 8開始，Nashorn取代Rhino成為Java的嵌入式JavaScript引擎。Nashorn完全支持ECMAScript 5.1規范以及一些擴展。它使用基於JSR 292的新語言特性，其中包含在JDK 7中引入的invokedynamic，將JavaScript編譯成Java字節碼。

與先前的Rhino實現相比，這帶來了2到10倍的性能提升，雖然它仍然比Chrome和Node.js中的V8引擎要差一些。如果你對實現細節感興趣，那么可以看看這些來自2013 JVM語言峰會的幻燈片。

 

由於Nashorn隨JDK 8而來，它還增加了簡潔的函數式接口支持。接下來，我們很快就會看到更多細節。

讓我們從一個小例子開始。首先，你可能需要安裝JDK 8和NetBeans、IntelliJ IDEA或者Eclipse。對於集成JavaScript開發，它們都至少提供了基本的支持。讓我們創建一個簡單的Java項目，其中包含下面兩個示例文件，並運行它：

（點擊圖片可以查看大圖）

 

在第12行，我們使用引擎的“eval”方法對任意JavaScript代碼求值。在本示例中，我們只是加載了上面的JavaScript文件並對其求值。你可能會發現那個“print”並不熟悉。它不是JavaScript的內建函數，而是Nashorn提供的，它還提供了其它方便的、在腳本環境中大有用武之地的函數。你也可以將 “hello world”的打印代碼直接嵌入到傳遞給“eval”方法的字符串，但將JavaScript放在它自己的文件中為其開啟了全新的工具世界。

Eclipse目前還沒有對Nashorn提供專門的支持，不過，通過JavaScript開發工具（JSDT）項目，它已經支持JavaScript的基本工具和編輯。

（點擊圖片可以查看大圖）

IntelliJ IDEA 13.1（社區版和旗艦版）提供了出色的JavaScript和Nashorn支持。它有一個全功能的調試器，甚至允許在Java和JavaScript之間保持重構同步，因此舉例來說，如果你重命名一個被JavaScript引用的Java類，或者重命名一個用於Java源代碼中的JavaScript文件，那么該IDE將跨語言修改相應的引用。

下面是一個例子，展示如何調試從Java調用的JavaScript（請注意，NetBeans也提供了JavaScript調試器，如下截圖所示）：

（點擊圖片可以查看大圖）

你可能會說，工具看上去不錯，而且新實現修復了性能以及一致性問題，但我為什么應該用它呢？一個原因是一般的腳本編寫。有時候，能夠直接插入任何類型的字符串，並任由它被解釋，會很方便。有時候，沒有礙事的編譯器，或者不用為靜態類型擔心，可能也是不錯的。或者，你可能對Node.js編程模型感興趣，它也可以和Java一起使用，在本文的末尾我們會看到。另外，還有個情況不得不提一下，與Java相比，使用JavaScript進行JavaFX開發會快很多。

Shell腳本

Nashorn引擎可以使用jjs命令從命令行調用。你可以不帶任何參數調用它，這會將你帶入一個交互模式，或者你可以傳遞一個希望執行的JavaScript文件名，或者你可以用它作為shell腳本的替代，像這樣：

#!/usr/bin/env jjs 

var name = $ARG[0]; 
print(name ? "Hello, ${name}!" : "Hello, world!");

向jjs傳遞程序參數，需要加“—”前綴。因此舉例來說，你可以這樣調用：

./hello-script.js – Joe

如果沒有“—”前綴，參數會被解釋為文件名。

向Java傳遞數據或者從Java傳出數據

正如上文所說的那樣，你可以從Java代碼直接調用JavaScript；只需獲取一個引擎對象並調用它的“eval”方法。你可以將數據作為字符串顯式傳遞……

ScriptEngineManager scriptEngineManager = 
      new ScriptEngineManager(); 
ScriptEngine nashorn = 
      scriptEngineManager.getEngineByName("nashorn"); 
String name = "Olli"; 
nashorn.eval("print('" + name + "')");

……或者你可以在Java中傳遞綁定，它們是可以從JavaScript引擎內部訪問的全局變量：

int valueIn = 10; 
SimpleBindings simpleBindings = new SimpleBindings(); 
simpleBindings.put("globalValue", valueIn); 
nashorn.eval("print (globalValue)", simpleBindings);

JavaScript eval的求值結果將會從引擎的“eval”方法返回：

Integer result = (Integer) nashorn.eval("1 + 2"); 
assert(result == 3);

在Nashorn中使用Java類

前面已經提到，Nashorn最強大的功能之一源於在JavaScript中調用Java類。你不僅能夠訪問類並創建實例，你還可以繼承他們，調用他們的靜態方法，幾乎可以做任何你能在Java中做的事。

作為一個例子，讓我們看下來龍去脈。JavaScript沒有任何語言特性是面向並發的，所有常見的運行時環境都是單線程的，或者至少沒有任何共享狀態。有趣的是，在Nashorn環境中，JavaScript確實可以並發運行，並且有共享狀態，就像在Java中一樣：

// 訪問Java類Thread 
var Thread = Java.type("java.lang.Thread"); 

// 帶有run方法的子類
var MyThread = Java.extend(Thread, { 
    run: function() { 
        print("Run in separate thread"); 
    } 
}); 
var th = new MyThread(); 
th.start(); 
th.join();

請注意，從Nashorn訪問類的規范做法是使用Java.type，並且可以使用Java.extend擴展一個類。

令人高興的函數式

從各方面來說，隨着JDK 8的發布，Java——至少在某種程度上——已經變成一種函數式語言。開發人員可以在集合上使用高階函數，比如，遍歷所有的元素。高階函數是把另一個函數當作參數的函數，它可以用這個函數參數做些有意義的事情。請看下面Java中高階函數的示例：

List<Integer> list = Arrays.asList(3, 4, 1, 2); 
list.forEach(new Consumer() { 

    @Override 
    public void accept(Object o) { 
        System.out.println(o); 
    } 
});

對於這個例子，我們的傳統實現方式是使用一個“外部”循環遍歷元素，但現在，我們沒有那樣做，而是將一個“Consumer”函數傳遞給了“forEach”操作，一個高階的“內部循環”操作會將集合中的每個元素一個一個地傳遞給Consumer的“accept”方法並執行它。

如上所述，對於這樣的高階函數，函數式語言的做法是接收一個函數參數，而不是一個對象。雖然在傳統上講，傳遞函數引用本身超出了Java的范圍，但現在，JDK 8有一些語法糖，使它可以使用Lambda表達式（又稱為“閉包”）來實現那種表示方式。例如：

List<Integer> list = Arrays.asList(3, 4, 1, 2); 
list.forEach(el -> System.out.println(el));

在這種情況下，“forEach”的參數是這樣一個函數引用的形式。這是可行的，因為Customer是一個函數式接口（有時稱為“單一抽象方法（Single Abstract Method）”類型或“SAM”）。

那么，我們為什么要在討論Nashorn時談論Lambda表達式呢？因為在JavaScript中，開發人員也可以這樣編寫代碼，而在這種情況下，Nashorn可以特別好地縮小Java和JavaScript之間的差距。尤其是，它甚至允許開發人員將純JavaScript函數作為函數式接口（SAM類型）的實現來傳遞。

讓我們來看一些純JavaScript代碼，它們與上述Java代碼實現一樣的功能。注意，在JavaScript中沒有內置的列表類型，只有數組；不過這些數組的大小是動態分配的，而且有與Java列表類似的方法。因此，在這個例子中，我們調用一個JavaScript數組的“for Each”方法：

var jsArray = [4,1,3,2]; 
jsArray.forEach(function(el) { print(el) } );

相似之處顯而易見；但那還不是全部。開發人員還可以將這樣一個JavaScript數組轉換成一個Java列表：

var list = java.util.Arrays.asList(jsArray);

看見了嗎？是的，這就是在Nashorn中運行的JavaScript。既然它現在是一個Java列表，那么開發人員就可以調用其“forEach”方法。注意，這個“forEach”方法不同於我們在JavaScript數組上調用的那個，它是定義在java集合上的“forEach”方法。這里，我們仍然傳遞一個純JavaScript函數：

list.forEach(function(el) { print(el) } );

Nashorn允許開發人員在需要使用函數式接口（SAM類型）的地方提供純JavaScript函數引用。這不僅適應於Java，也適應於JavaScript。

ECMAScript的下一個版本——預計是今年的最后一個版本——將包含函數的短語法，允許開發人員將函數寫成近似Java Lambda表達式的形式，只不過它使用雙箭頭=>。這進一步增強了一致性。

Nashorn JavaScript特有的方言

正如簡介部分所提到的那樣，Nashorn支持的JavaScript實現了ECMAScript 5.1版本及一些擴展。我並不建議使用這些擴展，因為它們既不是Java，也不是JavaScript，兩類開發人員都會覺得它不正常。另一方面，有兩個擴展在整個Oracle文檔中被大量使用，因此，我們應該了解它們。首先，讓我們為了解第一個擴展做些准備。正如前文所述，開發人員可以使用Java.extend從JavaScript中擴展一個Java類。如果需要繼承一個抽象Java類或者實現一個接口，那么可以使用一種更簡便的語法。在這種情況下，開發人員實際上可以調用抽象類或接口的構造函數，並傳入一個描述方法實現的JavaScript對象常量。這種常量不過是name/value對，你可能了解JSON格式，這與那個類似。這使我們可以像下面這樣實現Runnable接口：

var r = new java.lang.Runnable({
    run: function() {
        print("running...\n");
    }
});

在這個例子中，一個對象常量指定了run方法的實現，我們實際上是用它調用了Runnable的構造函數。注意，這是Nashorn的實現提供給我們的一種方式，否則，我們無法在JavaScript這樣做。

示例代碼已經與我們在Java中以匿名內部類實現接口的方式類似了，但還不完全一樣。這將我們帶到了第一個擴展，它允許開發人員在調用構造函數時在右括號“）”后面傳遞最后一個參數。這種做法的代碼如下：

var r = new java.lang.Runnable() {
    run: function() {
       print("running...\n");
    }
};

……它實現了完全相同的功能，但更像Java。

第二個常用的擴展一種函數的簡便寫法，它允許刪除單行函數方法體中的兩個花括號以及return語句。這樣，上一節中的例子：

list.forEach(function(el) { print(el) } );

可以表達的更簡潔一些：

list.forEach(function(el) print(el));

Avatar.js

我們已經看到，有了Nashorn，我們就有了一個嵌入到Java的優秀的JavaScript引擎。我們也已經看到，我們可以從Nashorn訪問任意Java類。Avatar.js更進一步，它“為Java平台帶來了Node編程模型、API和模塊生態系統”。要了解這意味着什么以及它為什么令人振奮，我們首先必須了解Node是什么。從根本上說，Node是將Chrome的V8 JavaScript引擎剝離出來，使它可以從命令行運行，而不再需要瀏覽器。這樣，JavaScript就不是只能在瀏覽器中運行了，而且可以在服務器端運行。在服務器端以任何有意義的方式運行JavaScript都至少需要訪問文件系統和網絡。為了做到這一點，Node內嵌了一個名為libnv的庫，以異步方式實現該項功能。實際上，這意味着操作系統調用永遠不會阻塞，即使它過一段時間才能返回。開發人員需要提供一個回調函數代替阻塞。該函數會在調用完成時立即觸發，如果有任何結果就返回。

有若干公司都在重要的應用程序中使用了Node，其中包括Walmart和Paypal。

讓我們來看一個JavaScript的小例子，它是我根據Node網站上的例子改寫而來：

//加載“http”模塊（這是阻塞的）來處理http請求
var http = require('http'); 

//當有請求時，返回“Hello,World\n”
function handleRequest(req, res) { 
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'}); 
  res.end('Hello, World\n'); 
} 

//監聽localhost，端口1337
//並提供回調函數handleRequest
//這里體現了其非阻塞/異步特性
http.createServer(handleRequest).listen(1337, '127.0.0.1'); 

//記錄到控制台，確保我們在沿着正確的方向前進
console.log('Get your hello at http://127.0.0.1:1337/');

要運行這段代碼，需要安裝Node，然后將上述JavaScript代碼保存到一個文件中。最后，將該文件作為一個參數調用Node。

將libuv綁定到Java類，並使JavaScript可以訪問它們，Avatar.js旨在以這種方式提供與Node相同的核心API。雖然這可能聽上去很繁瑣，但這種方法很有效。Avatar.js支持許多Node模塊。對Node主流Web框架“express”的支持表明，這種方式確實適用於許多現有的項目。

令人遺憾的是，在寫這篇文章的時候，還沒有一個Avatar.js的二進制分發包。有一個自述文件說明了如何從源代碼進行構建，但是如果真沒有那么多時間從頭開始構建，那么也可以從這里下載二進制文件而不是自行構建。兩種方式都可以，但為了更快的得到結果，我建議選擇第二種方式。

一旦創建了二進制文件並放進了lib文件夾，就可以使用下面這樣的語句調用Avatar.js框架：

java -Djava.library.path=lib -jar lib/avatar-js.jar helloWorld.js

假設演示服務器（上述代碼）保存到了一個名為“helloWorld.js”的文件中。

讓我們再問一次，這為什么有用？Oracle的專家（幻燈片10）指出了該庫的幾個適用場景。我對其中的兩點持大致相同的看法，即：

1. 有一個Node應用程序，並希望使用某個Java庫作為Node API的補充
2. 希望切換到JavaScript和Node API，但需要將遺留的Java代碼部分或全部嵌入

兩個應用場景都可以通過使用Avatar.js並從JavaScript代碼中調用任何需要的Java類來實現。我們已經看到，Nashorn支持這種做法。

下面我將舉一個第一個應用場景的例子。JavaScript目前只有一種表示數值的類型，名為“number”。這相當於Java的“double”精度，並且有同樣的限制。JavaScript的number，像Java的double一樣，並不能表示任意的范圍和精度，比如在計量貨幣時。

在Java中，我們可以使用BigDecimal，它正是用於此類情況。但JavaScript沒有內置與此等效的類型，因此，我們就可以直接從JavaScript代碼中訪問BigDecimal類，安全地處理貨幣值。

讓我們看一個Web服務示例，它計算某個數量的百分之幾是多少。首先，需要有一個函數執行實際的計算：

var BigDecimal = Java.type('java.math.BigDecimal'); 

function calculatePercentage(amount, percentage) { 
    var result = new BigDecimal(amount).multiply( 
     new BigDecimal(percentage)).divide( 
           new BigDecimal("100"), 2, BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN); 
    return result.toPlainString(); 
}

JavaScript沒有類型聲明，除此之外，上述代碼與我針對該任務編寫的Java代碼非常像：

public static String calculate(String amount, String percentage) { 
    BigDecimal result = new BigDecimal(amount).multiply( 
     new BigDecimal(percentage)).divide( 
          new BigDecimal("100"), 2, BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN); 
    return result.toPlainString(); 
}

我們只需要替換上文Node示例中的handleRequest函數就可以完成代碼。替換后的代碼如下：

//加載工具模塊“url”來解析url
var url = require('url'); 

function handleRequest(req, res) { 
    // '/calculate' Web服務地址 
    if (url.parse(req.url).pathname === '/calculate') { 
        var query = url.parse(req.url, true).query;  
       //數量和百分比作為查詢參數傳入
        var result = calculatePercentage(query.amount,
                                          query.percentage); 
        res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'}); 
        res.end(result + '\n'); 
    } 
}

我們又使用了Node核心模塊來處理請求URL，從中解析出查詢參數amount和percentage。

當啟動服務器（如前所述）並使用瀏覽器發出下面這樣一個請求時，

http://localhost:1337/calculate?
amount=99700000000000000086958613&percentage=7.59

就會得到正確的結果“7567230000000000006600158.73”。這在單純使用JavaScript的“number”類型時是不可能。

當你決定將現有的JEE應用程序遷移到JavaScript和Node時，第二個應用場景就有意義了。在這種情況下，你很容易就可以從JavaScript代碼內訪問現有的所有服務。另一個相關的應用場景是，在使用JavaScript和Node構建新的服務器功能時，仍然可以受益於現有的JEE服務。

此外，基於Avatar.js的Avatar項目也朝着相同的方向發展。該項目的詳細信息超出了本文的討論范圍，但讀者可以閱讀這份Oracle公告做一個粗略的了解。該項目的基本思想是，用JavaScript編寫應用程序，並訪問JEE服務。Avatar項目包含Avatar.js的一個二進制分發包，但它需要Glassfish用於安裝和開發。

小結

Nashorn項目增強了JDK 6中原有的Rhino實現，極大地提升了運行時間較長的應用程序的性能，例如用在Web服務器中的時候。Nashorn將Java與JavaScript集成，甚至還考慮了JDK 8的新Lambda表達式。Avatar.js帶來了真正的創新，它基於這些特性構建，並提供了企業級Java與JavaScript代碼的集成，同時在很大程度上與JavaScript服務器端編程事實上的標准兼容。

完整實例以及用於Mac OS X的Avatar.js二進制文件可以從Github上下載。